基于深孔爆破技術(shù)的綜采工作面創(chuàng)新應(yīng)用

韓興國(guó)

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司 生產(chǎn)技術(shù)處，山西 大同 037003)

深孔爆破施工作業(yè)在煤礦應(yīng)用極為廣泛，在煤層增透、井巷開(kāi)挖等應(yīng)用普遍，特別是在綜采工作面堅(jiān)硬頂板來(lái)壓治理應(yīng)用更為普遍。深孔預(yù)裂爆破在煤礦綜采工作面堅(jiān)硬頂板的應(yīng)用主要是對(duì)頂板進(jìn)行預(yù)裂弱化處理，工作面回采后頂板能及時(shí)充分冒落，減小堅(jiān)硬頂板來(lái)壓強(qiáng)度和來(lái)壓步距，防止工作面支架被壓，減少采空區(qū)內(nèi)大面積懸頂大量積聚的瓦斯突然涌進(jìn)工作面，防止瓦斯超限事故發(fā)生。目前深孔預(yù)裂爆破技術(shù)在煤礦應(yīng)用廣泛，孔徑為75 mm，孔深在50 m左右的深孔預(yù)裂爆破技術(shù)應(yīng)用較成熟。但是在生產(chǎn)實(shí)踐中80～120 m超長(zhǎng)孔深的預(yù)裂爆破應(yīng)用較少，而且在應(yīng)用中帶來(lái)的封孔、探孔、裝藥等問(wèn)題都會(huì)影響生產(chǎn)。本文在實(shí)踐中總結(jié)出了一套行之有效的方法將以上問(wèn)題給與解決，在生產(chǎn)中通過(guò)應(yīng)用，取得了良好效果。

1 爆破應(yīng)用技術(shù)

1.1 工作面概況

17181(1)工作面走向長(zhǎng)度1 270 m，傾斜長(zhǎng)200 m，該面位于東四采區(qū)，東起潘三-潘一井田邊界煤柱，西至東四采區(qū)上山，北起17171(1)運(yùn)輸順槽及17101(3)底板抽排巷以南82 m，南至17181(1) 瓦斯綜合治理巷以北35 m. 北部的17171(1)工作面于2011年9月23日收作。

1.1.1煤層情況

17181(1)工作面所采煤層為11-2煤，煤層賦存穩(wěn)定，總體呈單斜狀，北高南低，煤層產(chǎn)狀180～272°∠2～12°，平均傾角7°，煤厚1.1～2.5 m，均厚1.66 m，黑色，水平層理，以塊狀暗煤為主，夾亮鏡煤條帶，屬半亮型煤，構(gòu)造附近為鱗片或粉末狀?？刹芍笖?shù)為1，煤層變異系數(shù)為16.3%，工業(yè)牌號(hào)1/3JM、Qm. 煤層實(shí)測(cè)瓦斯含量6.7 m3/t，具有自然發(fā)火性，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，為高地溫、高地壓的綜采工作面。

1.1.217181(1)工作面的頂?shù)装迩闆r

該工作面直接頂為粉細(xì)砂巖向砂質(zhì)泥巖逐步相變，粉細(xì)砂巖較堅(jiān)硬，不易垮落，砂質(zhì)泥巖則相對(duì)較軟，易冒落。老頂為均厚7.5 m的粉細(xì)砂巖，極不易跨落。這就容易造成工作面局部懸頂，給工作面的安全回采帶來(lái)非常大的威脅。具體情況見(jiàn)表1.

根據(jù)工作面頂?shù)装迩闆r可知，工作面老頂屬于堅(jiān)硬頂板，不易自然垮落，隨著工作面的回采，易出現(xiàn)大面積懸頂，且在懸頂一段距離后突然垮落，再加上老塘懸頂一定距離后，積聚有大量瓦斯，極易造成瓦斯超限。因此，為了使老頂自然快速的垮落，在工作面兩巷采用了深孔預(yù)裂爆破技術(shù)，并取得了良好的效果。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

1.2 技術(shù)應(yīng)用革新

1.2.1鉆孔設(shè)計(jì)革新

最初進(jìn)行深孔預(yù)裂爆破作業(yè)時(shí)，設(shè)計(jì)沿工作面推進(jìn)方向在兩巷布置爆破孔，一組三個(gè)孔，組與組間距為15 m，見(jiàn)圖1. 爆破孔的終孔位置為11-2煤層頂板法距15 m，見(jiàn)圖2，使得頂板實(shí)現(xiàn)自然垮落。具體參數(shù)見(jiàn)表2.

圖1 兩巷爆破孔間距示意圖

圖2 爆破孔設(shè)計(jì)參數(shù)圖

孔號(hào)角度/(°)終孔距煤層距離/m炮孔深度/m封孔深度/m裝藥長(zhǎng)度/m19155112392201531112033615221012

實(shí)踐證明，雖然爆破孔的孔底深入頂板垂直高度15 m，但從實(shí)際檢驗(yàn)效果來(lái)看，臨近兩巷的40架架后垮落情況良好，中間50架的頂板垮落情況并不理想?？梢?jiàn)，問(wèn)題沒(méi)有徹底解決。

基于這種情況，采用超長(zhǎng)深爆破孔，降低爆破孔的角度，增加裝藥量和封孔量，以增強(qiáng)預(yù)裂爆破的效果。優(yōu)化后爆破孔的參數(shù)見(jiàn)表3.實(shí)踐證明，這種方法改善了放炮的效果，使得煤層頂板能自然緊跟支架后方垮落。

表3 優(yōu)化后炮孔布置參數(shù)表

1.2.2裝藥工藝革新

采用加長(zhǎng)炮孔深度雖然效果好，但裝藥多，用時(shí)長(zhǎng)，安全系數(shù)降低。因此，安全高效的裝藥成為提高爆破效率的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)的裝藥工藝是在探完孔深之后，逐組去除炮棍，兩節(jié)炮棍一組，一組4 m. 去除炮棍后裝一定量的炸藥，再逐組連接炮棍，搗實(shí)后再逐組去除炮棍，如此循環(huán)往復(fù)。因此，傳統(tǒng)工藝用時(shí)較長(zhǎng)，效率較低。

利用炮棍的韌性對(duì)裝藥工藝進(jìn)行改造，通過(guò)逐組連接炮棍探孔后，不逐組去除炮棍，而是直接把炮棍連接的整體慢慢抽出，在巷道內(nèi)進(jìn)行一個(gè)90°的轉(zhuǎn)彎，這樣在抽出所有的炮棍后就可裝一定量的炸藥，然后用炮棍整體進(jìn)行推送，推送到位后再往復(fù)操作。該工藝減少了逐組去除炮棍的時(shí)間，提高了裝藥的速度。

1.2.3封孔工藝革新

加深炮孔增加了裝藥量，加深了封孔長(zhǎng)度，但是傳統(tǒng)封孔器的有效封孔長(zhǎng)度在15 m以?xún)?nèi)，無(wú)法滿(mǎn)足20 m以上的封孔要求。如果單純的增加封孔器封泥軟管的長(zhǎng)度，風(fēng)壓是一定的，不能保證封孔效果，而且封泥軟管越長(zhǎng)，往炮孔內(nèi)推送越困難。

因此，采用空被筒裝封孔泥+封孔器封孔的封孔工藝，即在裝藥之后，緊接著推送裝有封孔泥的被筒，等剩余封孔長(zhǎng)度在15 m以下時(shí)開(kāi)始用封孔器封孔。該方法從根本上解決了長(zhǎng)孔封孔的難題，并且經(jīng)實(shí)踐證明保證了封孔的質(zhì)量。

2 綜合效益

1) 保證了封孔長(zhǎng)度大于20 m的封孔質(zhì)量。應(yīng)用空被筒裝封孔泥+封孔器封孔的工藝，保證了長(zhǎng)封孔的爆破質(zhì)量，為長(zhǎng)封孔深孔爆破提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2) 降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。去除與連接炮棍是一項(xiàng)繁瑣而且需要耗費(fèi)大量時(shí)間的工作。通過(guò)裝藥工藝的革新，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，只需直接推送就可以達(dá)到預(yù)期的效果，間接的創(chuàng)造了價(jià)值。

3) 增強(qiáng)了放炮效果。通過(guò)鉆孔的優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加了炮孔的深度以及裝藥量，使得放炮后能較好地達(dá)到預(yù)期效果，實(shí)現(xiàn)老頂?shù)募皶r(shí)跨落，消除了懸頂以及大面積冒頂帶來(lái)的危害，為綜采工作面的安全回采提供了保障。

4) 提高了單人工作效率。通過(guò)對(duì)裝藥工藝的創(chuàng)新，簡(jiǎn)化了裝藥工序，裝藥時(shí)間由原來(lái)的6～8 h縮短為2～3 h，縮短了裝藥時(shí)間，提高了單人作業(yè)效率。

3 結(jié) 語(yǔ)

在生產(chǎn)實(shí)踐中，孔深50 m不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，有時(shí)需要設(shè)計(jì)80～120 m深的爆破孔對(duì)工作面中間部位進(jìn)行超長(zhǎng)深孔頂板預(yù)裂爆破作業(yè)。但是，超長(zhǎng)孔深爆破施工過(guò)程中又產(chǎn)生一些問(wèn)題：1) 探孔和裝藥時(shí)間太長(zhǎng)，因?yàn)樾枰l繁拆卸炮棍，操作過(guò)程中費(fèi)時(shí)費(fèi)力。2) 封孔長(zhǎng)度變長(zhǎng)，封孔時(shí)間長(zhǎng),效率低，有可能達(dá)不到設(shè)計(jì)封孔要求?；诖?，采用了被筒式炸藥的空筒灌裝上炮泥進(jìn)行封孔和不拆卸炮棍將炮棍90°彎曲全長(zhǎng)使用的方法，減少了裝藥量和封孔時(shí)間，提高了工作效率，與傳統(tǒng)的裝藥封泥方式相比，每孔可減少2 h左右的操作時(shí)間，勞動(dòng)效率大大提高。